结构试验设计

土木工程结构试验与检测土木工程结构试验与检测TESTINGANDINSPECTIONFORCIVILENGINEERINGSTRUCTURE上课了！！！土木工程结构试验与检测第2章结构试验设计Chapter2StructuralTestDesign本章从研究性试验和检验性试验两方面系统地介绍了土木工程结构试验设计程序和具体要求。学习本章后，应重点掌握结构试件的形状、尺寸与数量的基本要求；了解结构模型设计的基本概念和方法，并能进行结构模型的设计；重点掌握结构试验荷载的加载图示和试验荷载的取值；能够正确地确定量测项目，合理地选择量测仪器；并能提出试验的安全措施。土木工程结构试验与检测第2章结构试验设计2.1研究性试验（testingforresearch）2.2检验性试验（testingforverification）土木工程结构试验与检测土木工程结构试验与检测2.1研究性试验（testingforresearch）•设计阶段（planningphase）•准备阶段（preparationphase）•实施阶段（loadingtestphase）•总结阶段（summing-upphase）土木工程结构试验与检测2.1.1设计阶段•1.试件设计（1）试件的形状与尺寸（2）试件的数量土木工程结构试验与检测（1）试件的形状与尺寸模型试验中，可以是结构整体，也可以是结构的一部分。当取出结构的一部分做试验时，最关键的问题是形成与实际情况相一致的应力状态。土木工程结构试验与检测土木工程结构试验与检测•试件尺寸大小要考虑尺寸效应的影响，在满足构造要求的情况下太大的试件也没有必要。因此，对于局部性的试件尺寸比例可为原型的1/4~1，而整体结构试验试件可取原型的1/10~1/2。土木工程结构试验与检测对于动力试验，试件尺寸经常受到试验激振加载条件等因素的限制，一般可在现场的真型结构上进行试验，量测结构的动力特性。对于在试验室内进行的动力试验，可以对足尺构件进行疲劳试验。至于在模拟振动台上试验时，由于受振动台台面尺寸和激振力大小等参数限制，一般仅作缩尺的模型试验。目前国内能完成试件比例在1/50~1/4的结构模型试验。土木工程结构试验与检测•1.试件设计（2）试件数量由于试验是按研究目的而设计的，试件的数量主要取决于测试参数的多少，测试参数多则试件数量大。要根据各参数构成的因子数和水平数来决定试件数量。2.1.1设计阶段土木工程结构试验与检测如在研究砖砌体的抗剪强度时，砌体截面、砂浆强度和垂直应力是三个主要参数（分析因子）。当每个参数又有两种工作状态（水平数）时，若按单因素考虑，则要求将三个因子数和相应的水平数之间全面组合，由表1.1可知需要作8个试件。土木工程结构试验与检测土木工程结构试验与检测正交试验设计法是利用正交表来安排多因子试验的，正交表如表1.3所示。L9（3⁴）表示有4个因子，每个因子有3个水平，组成的试件数目为9个。在本节的实例研究砖砌体抗剪强度就是一个2³因子试验问题。当用正表表L4（2³）安排试验时，试件数只要4个，并按表1.4进行组合。不同因子和水平数正交表可参阅有关正交试验设计的专著。土木工程结构试验与检测土木工程结构试验与检测土木工程结构试验与检测•2.加载方案结构试验的荷载设计主要取决于试验的目的、试验对象的结构型式、试件承受荷载的形式和性质以及实验室或现场所具有的加载条件等因素。正确合理的荷载设计是整个试验工作的重要环节之一。2.1.1设计阶段土木工程结构试验与检测试件的就位形式正位试验卧位试验反位试验原位试验土木工程结构试验与检测试验的荷载图式试验荷载在试件上的布置形式称为加荷图式。一般要求加荷图式与理论计算简图相一致。但是，由于条件限制无法实现或者为了加载的方便而采用不同于计算所规定的荷载图式时，可根据试验的目的和要求，采用与计算简图等效的荷载图式。土木工程结构试验与检测采用等效荷载时必须注意，除控制截面的某个效应与理论计算相同外，该截面的其他效应和非控制截面的效应，则可能有差别，所以必须全面验算因荷载图式改变对试验结构构件的各种影响。当采用一种加荷图式不能反映试验的要求的几种极限状态时，应采用几种不同的加荷图式分别在几个截面上进行。土木工程结构试验与检测加载制度试验加载制度是指试验进行期间荷载与时间的关系。他包括加载速度的快慢﹑加载时间间歇的长短﹑分级荷载的大小和卸载循环的次数等。加载程序可以有多种，根据试验的目的和要求不同而选择，一般结构试验的加载程序分预加载、标准荷载、破坏荷载三个阶段。土木工程结构试验与检测为了使试件在荷载作用下的变形得到充分发挥和达到基本稳定，同时观察试件在荷载作用时的各种变形，每级荷载加完后应有一定的持续时间。一般结构试验的持续时间为：（1）钢结构一般不少于10min；（2）钢筋混凝土结构应不少于15min；（3）标准荷载时不应少于30min；（4）对检验性试验，在抗裂检验荷载下宜持续10min－15min；对使用阶段不允许出现裂缝的结构构件的抗裂研究性试验，在开裂试验荷载计算值作用下的持续时间应为30min；（5）对新混凝土构件，跨度较大的屋架、桁架及薄腹梁等试验，在使用状态短期试验荷载作用下的持续时间不宜少于12h土木工程结构试验与检测2.1.1设计阶段•3.量测方案量测项目结构在试验荷载及其他模拟条件下的变形可以分为两类：一类反映结构整体工作状况，如梁的最大挠度及其整体挠曲曲线，拱式结构和框架结构的最大垂直和水平位移及其整体变形曲线、杆塔结构的整体水平位移及基础转角等；另一类反映结构的局部工作状况，如局部纤维变形，裂缝以及局部挤压变形等。在确定试验的观测项目时，首先应考虑整体变形。土木工程结构试验与检测•3.量测方案测点的选择与布置结构静载试验布点原则：（1）在满足试验目的的前提下，测点宜少不宜多，以便使试验工作重点突出。（2）测点的位置必须有代表性，便于分析和计算。（3）为了保证量测数据的可靠性，应布置一定数量的校核性测点。（4）测点的布置对试验工作的进行应该是方便的、安全的。土木工程结构试验与检测•3.量测方案仪器选择与测读原则从观测的角度讲，仪器选用应考虑如下问题：（1）选用的仪器仪表，必须满足量测所需的精度与量程要求。（2）选择仪器必须考虑测读的方便、省时，必要时需要采用巡回检测和自动记录装置。（3）为了避免差错和方便工作，量测仪器的型号、规格应尽可能一致，种类愈少愈好。（4）动测试验使用的仪表，尤其应注意仪表的线性范围、频响特性和相位特性要满足试验量测的要求。土木工程结构试验与检测•仪器的测读应注意以下几点：（1）应该按一定的时间间隔进行仪器的测读，全部测点读数时间必须基本相等。（2）测读仪器的时间，一般选择在试验荷载过程中的恒载间歇时间内，最好在每次加载完毕后的某一时间开始按程序测读一次，到下一级荷载前，再观测一次读数。（3）每次记录仪器读数时，应该同时记录周围环境的温度、湿度等。（4）对重要的控制测点的读取应边作记录、边作整理，与预计理论值进行比较，以便发现问题及时纠正。同样，在结构动力试验和抗震试验时，试验加载与观测应同步进行。土木工程结构试验与检测2.1.1设计阶段•4.安全措施土木工程结构试验与检测2.1.2准备阶段•1.试件制作•2.试件质量检查•3.试件及记载设备安装•4.仪器的率定•5.仪表的安装•6.记录表格土木工程结构试验与检测2.1.3实施阶段•1.加载•2.观测与记录土木工程结构试验与检测2.1.4总结阶段•1.数据处理•2.实验分析•3.实验报告土木工程结构试验与检测试验报告的内容一般包括：•（1）试验目的。•（2）试验对象的简介和考察。•（3）试验方法及依据。•（4）试验情况及问题。•（5）试验成果处理与分析。•（6）技术结论。•（7）附录。土木工程结构试验与检测2.2检验性试验（testingforverification）•试验对象（specimen）•试验荷载（testingload）•检验报告（inspectionreport）土木工程结构试验与检测试验荷载的取值：（1）结构构件使用状态短期试验荷载值应根据结构构件控制截面上的荷载短期效应组合的设计值和试验加载图式经换算确定。荷载短期效应组合的设计值应按《建筑结构荷载规范》GB50009计算确定，或由设计文件提供。（2）试验结构构件的承载力试验荷载计算值应根据构件达到承载能力极限状态时的内力计算值和试验加载图式经换算确定。土木工程结构试验与检测结构构件达到承载能力极限状态时的内力计算值应按下列方法计算：1）当按设计规范规定进行检验时，按式2.2.1计算：（2.2.1）2）当设计要求按实配钢筋的构件承载力进行检验时应按式2.2.2和2.2.3计算：（2.2.2）（2.2.3）SSuu001SSuu002SAffRssc00,...),,(土木工程结构试验与检测作业•思考题18页1题2题3题